(57)【要約】【課題】蓄熱槽等の液槽に貯留された水等の液体を大気中酸素からの遮蔽状態で貯留する窒素式気液界面遮蔽液槽において、設置場所の床構造や床上の機器・設備に歪や動作不調等の悪影響を与えることなく、上記水等の液中の溶存酸素濃度を低レベルに維持させる。【解決手段】床下スペースに設置された平型水槽１０をその内部が外部大気との自由通気を遮蔽された閉塞空間となるように構成するとともに、上記平型水槽１０内の気液界面上部空間に窒素を注入する窒素供給手段１４と、上記気液界面上部空間と外部大気との間に所定以上の微差圧が生じたときに作動してその気液界面上部空間を外部大気に限定的に通気開放する微差圧ダンパ１５を備える。【選択図】      図１
2005061703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱槽等の液槽に貯留された水等の液体を大気中酸素から遮蔽された状態で貯留する気液界面遮蔽液槽において、
上記液槽をその内部が外部大気との自由通気を遮蔽された閉塞空間となるように構成するとともに、上記液槽内の気液界面上部空間に窒素を注入する窒素供給手段と、上記気液界面上部空間と外部大気との間に所定以上の微差圧が生じたときに作動してその気液界面上部空間を外部大気に限定的に通気開放する微差圧ダンパを備えたことを特徴とする窒素式気液界面遮蔽液槽。
【請求項２】
請求項１において、上記液槽は垂直な仕切り壁により面方向に並ぶ複数の液槽に分割されて形成され、各分割液槽は、その気液界面上部空間が互いに連通されているとともに、その気液界面下部空間が一つの連続した通液経路を形成すべく順次連通されていることを特徴とする窒素式気液界面遮蔽液槽。
【請求項３】
請求項１または２において、気液界面上部空間の連通孔および気液界面下部空間の連通孔はそれぞれ、各分割液槽間の仕切り壁を貫通して設けられていることを特徴とする窒素式気液界面遮蔽液槽。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、上記液槽を面方向に並ぶ複数の液槽に分割して形成するとともに、複数の分割液槽の始端側および終端側の液槽に上記微差圧ダンパを設けて、分割液槽内の気液界面上部空間を限定的に大気開放させるようにしたことを特徴とする窒素式気液界面遮蔽液槽。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、上記微差圧ダンパは、液槽内の気液界面上部空間に通気竪管を介して連通接続されたチャンバと、このチャンバ内が外部大気圧に対して所定以上の陽圧になったときにその陽圧で開弁動作させられる第１の弁蓋と、そのチャンバ内が外部大気圧に対して所定以上の陰圧になったときにその陰圧で開弁動作させられる第２の弁蓋とを用いて構成されていることを特徴とする窒素式気液界面遮蔽液槽。
【請求項６】
請求項１において、上記液槽は単独液槽であり、この単独液槽に１ないし複数の上記微差圧ダンパを設けて、単独液槽内の気液界面上部空間を限定的に大気開放させるようにしたことを特徴とする窒素式気液界面遮蔽液槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、開放型蓄熱式空調システムの蓄熱媒体として循環利用される水を大気中酸素から遮蔽状態で貯留する窒素式気液界面遮蔽液槽に用いて好適な窒素式気液界面遮蔽液槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
オフィスビルや集合住宅等の建造物では、昼夜の気温差などを活用するとともに夜間の電力を有効活用し電力負荷を平準化するために、水槽に貯留した水に熱（冷熱または温熱）を蓄え、これを冷暖房の熱源（冷熱源または温熱源）として循環利用する蓄熱式空調システムが実用化されている。
【０００３】
この蓄熱利用システムでは、水槽（蓄熱槽）に貯留された水（蓄熱媒体または蓄熱水）を、建造物の各所に配設された空調機器（利用機器）に供給して熱源利用させた後、再び水槽に戻して循環利用するが、その循環水中の溶存酸素が金属配管や機器等の腐食原因となる。このため、その循環水中の溶存酸素濃度を低レベルに維持する手段が必要となる。
【０００４】
循環水の溶存酸素濃度を低レベルに維持する手段としては、たとえば特許文献１のように、水槽に貯留されている水の中に不活性気体である窒素を吹き込むことにより溶存酸素を窒素に置き換えて低濃度化させるとともに、その水槽内の水表面に鍔付ボール状浮子（フロート）を隙間無く並べて浮かせることにより水面を大気中酸素から遮蔽して酸素の新規溶解を阻止させる、という技術がある。その鍔付ボール状浮子は水面遮蔽材と呼ばれている。
【０００５】
この技術によれば、水槽内の水面のほぼ全域を、水面レベルの変動に関係無く大気から遮蔽することができる。これにより、循環水に大気中酸素が溶解するのを抑えて、その循環水中の溶存酸素濃度を低レベルに維持させることができる。
【特許文献１】特開２０００−２９１９８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１の技術を実施するためには、上記水面遮蔽材を水槽内に投入するためのマンホールが必要であって、そのマンホールが設置できない、若しくはマンホールが存在しない構造の水槽には適用できない。また、上記水槽水面遮蔽材を投入した場合、投入後に水槽を点検・清掃等を実施しようとする際、上記水槽水面遮蔽材の存在が作業実施に大きな障害となる。
【０００７】
また、上記水面遮蔽材は水面に隙間無く並んで浮いた状態で水面を大気から遮蔽するものであるため、水面の流れが生じにくい竪型あるいは深型の水槽でないと、所定の遮蔽効果を発揮しにくい。建造物の床下スペースに沿って面方向への広がりを有する平型水槽は、水面に比較的速い流れが生じるため、上記水槽水面遮蔽材の分布に偏りが生じやすく、上記水槽水面遮蔽材による大気遮蔽には適していないことが判明した。
【０００８】
そこで、本発明者は、特許文献２の技術も検討した。特許文献２の技術では、外部大気に対して密閉された水槽内に循環蓄熱媒体である水を貯留させるとともに、その水槽内の気液界面上部空間を窒素（窒素ガス）雰囲気で満たす。これにより、水面からの酸素溶解を阻止するとともに、ヘンリー法則により、その水槽内の水の窒素溶解割合を高めて溶存酸素濃度を低減させることができる。
【０００９】
上記特許文献２の技術は、上述した浮き式の水面遮蔽材を使用する場合と違って、水面の流れが支障になることはないが、気液界面上部空間を窒素雰囲気とするために水槽内を外部大気に対して密閉している。この密閉構造では、水面レベルの変動などにより、水槽の内圧が異常上昇することがある。このため、特許文献２では、水シールによって水槽内の異常圧力を逃がすようにしている。この水シールは、逆Ｕ字管の一方の下端を水槽内の気液界面上部空間に連通させるとともに、その他方の下端を大気開放された深型水容器内の水中に浸漬させたもので、水槽内の圧力が異常上昇すると、その圧力上昇した水槽内の気体が、Ｕ字管内の水を水圧に抗して押し出しながら、外部へ放出されるようになっている。このように水シールは一種の安全弁として動作する。
【００１０】
ここで、上記特許文献２の技術を、建造物の床下スペースに沿って面方向への広がりを有する平型水槽に適用しようとすると、次のような問題を生じることが判明した。  
すなわち、上記平型水槽は気液界面上部空間の面積広がりが大きいため、水槽の内と外でわずかな気圧差が生じても、全体しては非常に大きな圧力荷重が生じる。上記平型水槽ではその圧力荷重が建造物の床に加わるが、一般に建造物の床は下からの荷重には弱い。このため、上記気圧差が建造物の床構造あるいはその床上の機器や設備に歪や動作不調等の悪影響を及ぼす懸念のあることが判明した。
【００１１】
特許文献２の技術では、Ｕ字管内を用いた水シールが設けられているが、この水シールは水槽内圧が異常上昇したときに安全弁として作動するものであり、上記微差圧による荷重の発生に対しては、その荷重による上記悪影響を有効に回避する効果は期待できない。結局、特許文献２の技術は、竪型または深型で単純形状のタンクを蓄熱水の水槽（蓄熱槽）として用いる場合には有効であるが、本発明が対象とする上記平型水槽には適さないことが判明した。
【００１２】
この発明は以上のような問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄熱槽等の液槽に貯留された水等の液体を大気中酸素からの遮蔽状態で貯留する窒素式気液界面遮蔽液槽において、設置場所の床構造や床上の機器・設備に歪や動作不調等の悪影響を与えることなく、上記水等の液中の溶存酸素濃度を低レベルに維持させることができる技術を提供することにある。
【特許文献２】特開平１０−３２５５７３
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の手段は、蓄熱槽等の液槽に貯留された水等の液体を窒素ガスを用いて大気中酸素からの遮蔽状態で貯留する窒素式気液界面遮蔽液槽において、上記液槽をその内部（気液界面上部空間）が外部大気との自由通気を遮蔽された閉塞空間となるように構成するとともに、上記液槽内の気液界面上部空間に窒素を注入する窒素ガス供給手段と、上記気液界面上部空間と外部大気との間に所定以上の微差圧が生じたときに作動してその気液界面上部空間を外部大気に限定的に通気開放する微差圧ダンパを備えたことを特徴とする。この手段により、上記建造物の床構造や床上の機器・設備に歪や動作不調等の悪影響を与えることなく、上記循環水中の溶存酸素濃度を低レベルに維持させることができる。
【００１４】
上記手段において、上記液槽が建造物の床下スペースに沿って設けられ、かつ、上記液槽の上部壁が床スラブの少なくとも一部を兼ねることにより、建造物の構造の一部を利用して比較的低コストに構築することができる。また、上記液槽は垂直な仕切り壁により面方向に並ぶ複数の液槽に分割されて形成されていてもよい。さらに、各分割液槽は、その気液界面上部空間が互いに連通されているとともに、その気液界面下部空間が一つの連続した通液経路を形成すべく順次連通されていてもよい。
【００１５】
気液界面上部空間の連通孔および気液界面下部空間の連通孔はそれぞれ、各分割液槽間の仕切り壁を貫通して設けることができる。
【００１６】
上記微差圧ダンパは各分割液槽の始端側ならびに終端側の液槽に設けて、液槽内の気液界面上部空間を限定的に大気開放させることが好ましい。微差圧ダンパは、液槽内の気液界面上部空間に通気竪管を介して連通接続されたチャンバと、このチャンバ内が外部大気圧に対して所定以上の陽圧になったときにその陽圧で開弁動作させられる第１の弁蓋と、そのチャンバ内が外部大気圧に対して所定以上の陰圧になったときにその陰圧で開弁動作させられる第２の弁蓋とを用いて構成するとよい。
【００１７】
上記液槽を単独液槽とし、この単独液槽に１ないし複数の上記微差圧ダンパを設けて、単独液槽内の気液界面上部空間を限定的に大気開放させるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、蓄熱槽等の液槽に貯留された水等の液体を大気中酸素から遮蔽された状態で貯留する窒素式気液界面遮蔽液槽において、設置場所や設置場所の床構造や床上の機器・設備に歪や動作不調等の悪影響を与えることなく、上記水等の液中への酸素の溶解を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明に係る窒素式気液界面遮蔽液槽を適用した蓄熱槽の要部を示す省略断面図である。同図に示す窒素式気液界面遮蔽液槽は、例えば建造物の床下スペースに沿って面方向への広がりを有する平型水槽１０を用いて構成されている。この平型水槽１０内には、開放型蓄熱式空調システムの蓄熱媒体として循環利用される水（蓄熱水：液体）１１が貯留される。
【００２０】
上記平型水槽１０は、その内部空間が外部大気との自由通気を遮蔽された閉塞空間となるように構成されている。この平型水槽１０の上部壁は床スラブ１３の一部または全体を兼ねている。これにより、水槽１０は建造物の構造の一部を利用して比較的低コストに構築することができる。また、建造物の構造に合わせて形状や容積等を最適化することができる。
【００２１】
上記床スラブ１３の上には窒素発生装置１４が設置されている。窒素発生装置１４は大気から窒素ガスを分離し、適宜の配管を介して水槽１０内の気液界面上部空間に窒素を注入する。これにより、水槽１０内の気液界面上部空間に窒素雰囲気が形成されるようになっている。この窒素雰囲気により、その水槽１０内の水面が大気中酸素から遮蔽されて水面からの酸素溶解が阻止されるようになっている。これにより、ヘンリーの法則によって、水槽１０内の水に酸素が溶解し溶存酸素濃度が上昇することが抑えられる。
【００２２】
上記平型水槽１０の気液界面上部空間は、床スラブ１３上に立設された竪管を介して微差圧ダンパ１５に連通されている。微差圧ダンパ１５は、所定以上の圧力差により作動して通気開放状態を形成する。この微差圧ダンパ１５は高感度かつ大口径の圧力作動弁であって、微弱な差圧（たとえば数〜数十Ｐａ）で開弁動作して大口径の通気路を形成する一方、その差圧が所定以下になると自動復帰して通気路を閉じる。この自動復帰動作は、錘等により設定される重力またはバネ弾性力により機械的に行われる。この微差圧ダンパ１５を介して上記気液界面上部空間を限定的に大気開放させることにより、その気液界面上部空間を大気とほぼ同圧に保つようにしてある。
【００２３】
この場合、上記微差圧ダンパ１５が差圧によって開弁すると、その差圧が所定以下に是正される過程で酸素を含む外部大気が気液界面上部空間に流入することがある。しかし、このときに流入する大気の量は、通常、水槽１０内の気液界面上部空間の容積に比べて十分に小さく、また、その気液界面上部空間には窒素発生装置１４から窒素ガスが連続注入されるので、水槽１０内の溶存酸素濃度が急上昇するということはなく、また、一旦上昇した水槽１０内の気液界面上部空間の酸素濃度も速やかに低減するため、溶存酸素濃度はそのまま低レベルを保つことができる。
【００２４】
上記平型水槽１０は垂直な仕切り壁１６により、面方向に並ぶ複数の水槽１０ａ，１０ａ，・・・に分割されて形成されている。これにより、容積規模が大きい水槽１０も構造的に安定な構成とすることができる。各分割水槽１０ａ，１０ａ，・・・は、その仕切り壁１６を水面上で貫通する連通孔１６ａにより、その気液界面上部空間が互いに連通させられている。これとともに、その仕切り壁１６を水面下で貫通する連通孔１６ｂにより、その水面下空間が一つの連続した通水経路を形成すべく順次連通されている。
【００２５】
さらに、各分割水槽１０ａ，１０ａ，・・・を水面下で順次連通する連通孔１６ｂは、上記通水経路に沿って水面付近と水底付近を交互に上下して位置するように設置されている。これにより、各分割水槽１０ａ，１０ａ，・・・にそれぞれ貯留されている水（蓄熱水）１１は局部的に滞留することなく、全体が均等に循環利用されるようになる。
【００２６】
上記微差圧ダンパ１５は、各分割水槽１０ａ，１０ａ，・・・のうち少なくともいずれか１つの分割水槽に設けるだけでもよいが、蓄熱槽の始端槽側および終端槽側のみ、または少なくとも蓄熱槽の始端槽および終端槽に設けることが好ましい。また、各分割水槽１０ａ，１０ａ，・・・ごとに設けて、各分割水槽１０ａ，１０ａ，・・・内の気液界面上部空間をそれぞれに限定的に大気開放させるようにすることもできる。図１では、上記微差圧ダンパ１５が始端槽および終端槽のみに設けられているが、本発明における始端槽側、終端槽側には、始端槽または終端槽に近接する水槽が含まれる。
【００２７】
これにより、いずれか１つの分割水槽１０ａ，１０ａ，・・・の気液界面上部空間にて大気圧との間に差圧が生じた場合、その差圧が生じた分割水槽の微差圧ダンパが直ちに反応してその差圧を是正することができる。また、微差圧ダンパ１５による大気開放が分割水槽１０ａ，１０ａ，・・・ごとに行われることにより、その大気開放に伴う気流は分割水槽１０ａ，１０ａ，・・・ごとに局部的に生じるが、分割水槽間を跨ぐような広範囲な気流は生じにくい。これにより、微差圧ダンパ１５の開放動作による大気中酸素の流入を最小限に抑えることができる。
【００２８】
上記分割水槽１０ａ，１０ａ，・・・の個別の平面形状およびその並び配置は、建造物の構造に合わせて任意に設計することができる。たとえば、平面形状が平正方形の床下に設置する場合は方形マトリックス状の配置が適しているが、長方形の床下に設置する場合は一列あるいは二列で直線状に並べて配置することができる。通路などで屈曲あるいは湾曲した床下に設置する場合でも、その形状に合わせて配置すればよい。
【００２９】
さらに、各分割水槽１０ａ，１０ａ，・・・のうち蓄熱槽始端槽の上部空間と蓄熱槽終端槽の上部空間とを通気管によって連結し、この通気管の中間部に上記微差圧ダンパ１５を設けることもできる。これにより、各分割水槽１０ａに微差圧ダンパ１５を設けることと比較してコストを低減することができる。
【００３０】
図２は上記微差圧ダンパ１５の構成例を示す。同図に示す微差圧ダンパ１５は、水槽１０内の気液界面上部空間に通気竪管を介して連通接続されたチャンバ２１と、このチャンバ２１内が外部大気圧に対して所定以上の陽圧になったときにその陽圧で開弁動作させられる第１の弁蓋２２と、そのチャンバ２１内が外部大気圧に対して所定以上の陰圧になったときにその陰圧で開弁動作させられる第２の弁蓋２３とを用いて構成されている。なお、上記弁蓋２２，２３の部分だけをダンパと呼ぶ場合もあるが、ここではチャンバ２１と弁蓋２２，２３を含む全体を微差圧ダンパ１５として扱っている。
【００３１】
図３は、上記微差圧ダンパ１５の主要部品である弁蓋２２の具体的な形状例を示す。同図において、（ａ）は弁蓋２２を正面から見た図、（ｂ）はそれを側面から見た図をそれぞれ示す。同図に示すのは第１の弁蓋２２であるが、第２の弁蓋２３も同様に構成できるので、これについては図示を省略する。
【００３２】
弁蓋２２は、バタフライ板と呼ばれる蓋部３１、この蓋部３１が先端に取り付けられた可動アーム３２、この可動アーム３２を振り上げおよび振り下げ方向に往復動自在に軸支する主軸部３３、上記可動アーム３２の後端に固定状態で取り付けられた主バランス錘３４、上記可動アーム３２にスライド移動可能に取付けられた微調整用バランス錘３５を含む。
【００３３】
蓋部３１は重力により環状弁座３６側に着座して定常的に通気路を閉じるが、その蓋部３１の表裏両面に微差圧が生じると、蓋部３１はその微差圧により可動アーム３２と共に環状弁座３６から離反方向へ押されて通気路を開く。この開弁動作を行わせる作動圧（微差圧）は、微調整用バランス錘３５の位置により調整することができる。作動圧（微差圧）が無くなると、蓋部３１は元の定常位置に自動復帰して通気路を閉じる。このタイプの微差圧ダンパとしては、たとえば特開２００２−２１３８０７に記載のものを使用することができる。
【００３４】
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、上記微差圧ダンパは、微差圧をセンサで電気的に検出し、この検出に基づいて通気路を電動駆動により一時的に開かせるという能動方式のものも使用可能である。
【００３５】
また、上記実施の形態では、平型水槽１０として複数の水槽１０ａ，１０ａ，・・・に分割形成されるものを例示したが、分割されずに、単独の水槽（液槽）によって構成することができることは勿論である。この場合、単独水槽の両端側に微差圧ダンパ１５を設けて、単独液槽内の気液界面上部空間を限定的に大気開放させることが好ましい（単独水槽の両端側には、両端に近接する位置が含まれる）。また、蓄熱槽は平型のものに限定されず、本発明は竪型の蓄熱槽に適用することもできる。さらに、本発明は、蓄熱槽だけでなく、食料品加工工場における牛乳等の液体タンク、エレベータの作動オイルタンク、化学工場における各種化学品のタンク等、各種の液槽に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の技術が適用された窒素式気液界面遮蔽液槽の要部を示す省略断面図である。
【図２】本発明で使用される微差圧ダンパの構成例を模式的に示す断面図である。
【図３】微差圧ダンパの主要部分を具体的に取り出して例示する正面図および側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  水槽（液槽）
１０ａ  分割水槽
１１  水（液体）
１３  床スラブ
１４  窒素発生装置
１５  微差圧ダンパ
１６  垂直な仕切り壁
１６ａ  水面下の連通孔
１６ｂ  水面上の連通孔
２１  チャンバ
２２  陽圧で開弁動作させられる第１の弁蓋
２３  陰圧で開弁動作させられる第２の弁蓋
３１  蓋部
３２  可動アーム
３３  主軸部
３４  バランス錘
３５  微調整用バランス錘
３６  環状弁座
【図１】
2005061703.tif 000003
【図２】
2005061703.tif 000004
【図３】
2005061703.tif 000005